變壓器絕緣油試驗(yàn)的相關(guān)影響因素研究

1、 變壓器絕緣油試驗(yàn)的相關(guān)影響因素研究 摘要：變壓器作為電網(wǎng)的核心設(shè)備，其安全運(yùn)行是保障電網(wǎng)穩(wěn)定的前提。變壓器絕緣油中溶解氣體分析是發(fā)現(xiàn)和診斷變壓器內(nèi)部潛伏性故障最有效的手段之一。本文就此展開了探討。關(guān)鍵詞：變壓器；絕緣油；試驗(yàn)前言電力變壓器是電力系統(tǒng)的核心設(shè)備，而絕緣油作為電力變壓器的絕緣介質(zhì)，同時(shí)起到散熱的作用，因此其性能對變壓器的絕緣性能具有重要意義。隨著電力系統(tǒng)電壓等級的不斷提升，提高絕緣介質(zhì)的絕緣性能越來越受到學(xué)者和工程人員的高度關(guān)注。變壓器油是一種典型的由不同種烴類組成的混合液體，具有優(yōu)異的電氣、理化性能，并且其成本低廉，因此在高壓電氣設(shè)備中得到了廣泛的使用。提高變壓器油的性能可以提

2、高變壓器的安全運(yùn)行水平，減小特高壓變壓器的尺寸和重量，具有重要的工程與經(jīng)濟(jì)意義。隨著納米絕緣材料研究的不斷推進(jìn)，研究人員逐漸認(rèn)識到可通過向變壓器絕緣油中添加納米粒子的方式制備新型納米絕緣油。相較于傳統(tǒng)礦物絕緣油，納米絕緣油不但擁有更優(yōu)異的介電性能，而且還具有較好的散熱作用。小橋擊穿理論通常認(rèn)為純凈度是影響絕緣油電氣強(qiáng)度的重要因素，若絕緣油中含有雜質(zhì)，則這些雜質(zhì)會在電場作用下形成雜質(zhì)小橋，形成電場畸變與局部放電，最終導(dǎo)致整個(gè)油隙的擊穿。因此，通常認(rèn)為雜質(zhì)的存在會降低變壓器油的擊穿電壓。然而，由于納米粒子的大小介于介觀和微觀之間的亞微尺度，它比普通的雜質(zhì)粒子小2到3個(gè) 數(shù)量級以上，可以通過表面修飾

3、或改性，保證納米粒子和絕緣油形成穩(wěn)定的溶膠體系。1絕緣油擊穿與介電性能參數(shù)及納米改性原理1.1絕緣油擊穿與介電性能參數(shù)絕緣油作為變壓器絕緣油紙?bào)w系中的液體絕緣介質(zhì)，還兼具散熱的作用。運(yùn)行中的變壓器油在一定的溫度與電場應(yīng)力下工作，各項(xiàng)性能參數(shù)都會發(fā)生不可逆的退化。擊穿特性與介電性能是表征絕緣油絕緣性能的重要方面，其相關(guān)的性能參數(shù)主要有：（1）擊穿電壓。它反映了絕緣油的耐電性能，是其電氣強(qiáng)度的重要表征參數(shù)，也是表征絕緣油電氣性能的最基本參數(shù)之一。從變壓器運(yùn)行的角度而言，希望絕緣油的擊穿電壓能盡可能地提高，這樣可以提高絕緣油的絕緣強(qiáng)度，也可以減少絕緣油的使用量。（2）相對介電常數(shù)。它是反映絕緣油極化

4、特性的宏觀物理參數(shù)，代表了絕緣油的極化程度，也即是對電荷的束縛能力。由于運(yùn)行中變壓器油紙絕緣共同承擔(dān)電場作用，為了使得絕緣油與絕緣紙中的電場分布能夠盡量均勻，因此從變壓器運(yùn)行的角度而言，希望絕緣油的相對介電常數(shù)與絕緣紙的相對介電常數(shù)差異控制在一定范圍內(nèi)。（3）介質(zhì)損耗因素。它是絕緣油的介電性能參數(shù)之一，它與絕緣材料的結(jié)構(gòu)特性有密切聯(lián)系。從變壓器運(yùn)行角度而言，作為變壓器內(nèi)使用的絕緣介質(zhì)，同時(shí)考慮到絕緣油兼做變壓器內(nèi)的散熱介質(zhì)，希望絕緣油的介質(zhì)損耗因素盡可能小，這是因?yàn)檫^大的介質(zhì)損耗因素意味著過多的有功發(fā)熱，將使絕緣油劣化，降低絕緣油的絕緣性能，甚至可能導(dǎo)致絕緣油擊穿。（4）體積電阻率。它是定量描

5、述絕緣油電阻性的物理量，是絕緣油介電性能的基本宏觀參數(shù)之一，它的大小直接表征了絕緣油的絕緣性能。體積電阻率越高，流過的電流越小，說明其絕緣性能越好，當(dāng)絕緣油的體積電阻率明顯降低時(shí)，往往伴隨著絕緣油絕緣性能的劣化。因此，從變壓器運(yùn)行的角度而言，希望絕緣油的電阻率盡可能地大。1.2絕緣油納米改性原理傳統(tǒng)的小橋擊穿理論認(rèn)為絕緣油中的雜質(zhì)顆粒會降低其絕緣性能，導(dǎo)致?lián)舸╇妷旱慕档汀Ｉ鲜鲭s質(zhì)顆粒的粒徑通常在微米數(shù)量級，然而，當(dāng)雜質(zhì)粒子的粒徑下降到一定的數(shù)量級時(shí)，金屬費(fèi)米能級附近的電子能級則會由準(zhǔn)連續(xù)狀態(tài)變?yōu)殡x散能級，從而引起雜質(zhì)微粒的宏觀物理性質(zhì)變化，產(chǎn)生新的尺寸效應(yīng)，此時(shí)傳統(tǒng)的小橋理論將不再適用。納米改

6、性絕緣油在電壓作用下的擊穿特性可以統(tǒng)一歸納為油中流注的發(fā)展變化情況，在流注的發(fā)展過程中電子運(yùn)動遠(yuǎn)比正電荷要快，所以納米顆?？梢詫⒋罅侩娮游降阶陨肀砻?，同時(shí)由于納米顆粒的運(yùn)動速率遠(yuǎn)小于電子，在這吸附過程中快速運(yùn)動的電子被轉(zhuǎn)化為緩慢運(yùn)動的電負(fù)性粒子，這樣在降低流注頭部電場強(qiáng)度的同時(shí)進(jìn)一步減緩了正負(fù)電荷的運(yùn)動速率，從而增大了沖擊耐受電壓和擊穿時(shí)延。也有學(xué)者認(rèn)為，在外加電場作用下，納米顆粒表面兩側(cè)由于極化會生成電荷，這些極化電荷產(chǎn)生的電場畸變原有電場，從而在顆粒附近形成“勢阱”，從而引起絕緣油的性能變化。雖然目前并沒有確切而統(tǒng)一的理論來解釋納米粒子加入變壓器油后對變壓器油電氣性能的改善機(jī)制，但國內(nèi)外

7、的大量研究結(jié)果均表明，通過適當(dāng)?shù)闹苽浞椒?，納米改性絕緣油的擊穿電壓等性能可以比常規(guī)未改性絕緣油的有所提升。目前，對于納米改性變壓器油的研究基本上都采用金屬氧化物納米顆粒作為添加材料，通常選取的有tio2、fe3o4、al2o3、sio2、sic、zno和mgo等。2試驗(yàn)部分2.1關(guān)鍵技術(shù)2.1.1試劑高純氬氣99.999%；電力氣體標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)(gbw(e)060853)。2.1.2儀器gc7890a氣相色譜儀(agilent)，包括fid檢測器、tcd檢測器、鎳轉(zhuǎn)化爐、化學(xué)工作站；g1888a頂空進(jìn)樣器(agilent)；hp-plot5a30m0.53m50m分子篩柱(agilent)；hp-

8、plot-q30m0.53m40m；帶刻度的頂空瓶；氬氣保護(hù)系統(tǒng)。全自動便攜式變壓器油色譜分析裝置，包括fid檢測器、tcd檢測器、鎳轉(zhuǎn)化爐、化學(xué)工作站。2.2試驗(yàn)結(jié)果分析2.2.1最小檢測濃度試驗(yàn)作為絕緣油色譜分析儀的重要性能指標(biāo)，最小檢測濃度若不符合要求，將不能有效分析超特高壓變壓器潛伏性的早期缺陷，限制色譜儀的應(yīng)用范圍。最小檢測濃度計(jì)算步驟為：儀器穩(wěn)定后，觀察記錄整機(jī)噪聲；進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)混合氣樣品，按統(tǒng)算法計(jì)算出儀器對某組分的最小檢測量。2.2.2定量重復(fù)性試驗(yàn)依據(jù)國標(biāo)gb/t176232017中對定量重復(fù)性的要求。配制一定濃度的標(biāo)準(zhǔn)油樣，在相同條件下取6個(gè)樣品分別用傳統(tǒng)方式及全自動便攜裝置進(jìn)行

9、測試。定量重復(fù)性以檢測濃度的相對標(biāo)準(zhǔn)偏差rsd表示。檢測數(shù)據(jù)可知，便攜裝置定量重復(fù)性均能滿足各標(biāo)準(zhǔn)的要求，且相對于傳統(tǒng)方式提高了30%以上。2.2.3檢測線性測試使用電力氣體標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)配制一定濃度的標(biāo)準(zhǔn)油樣，分別稀釋2、10、50和100倍配成5個(gè)濃度梯度的標(biāo)準(zhǔn)油樣。將各濃度的油樣使用全自動便攜裝置進(jìn)行分析，每個(gè)濃度平行測定2次，以分析物的峰高y對標(biāo)準(zhǔn)油樣濃度x做標(biāo)準(zhǔn)曲線，以烴類物質(zhì)為例，校準(zhǔn)曲線可知，全自動便攜裝置在測定的范圍內(nèi)線性良好，線性范圍寬。完全可以滿足在絕緣油中溶解氣體組分含量要求的測定范圍內(nèi)保證測定結(jié)果的準(zhǔn)確性。結(jié)束語裝置的研發(fā)與應(yīng)用將實(shí)現(xiàn)各種環(huán)境下絕緣油中溶解氣體和含氣量的快速準(zhǔn)確檢測，為電網(wǎng)充油電氣設(shè)備的安全運(yùn)行提供更有力的保